Введение к работе
Среди металлоизделий промышленного назначения порошковая проволока (ПП) занимает особое место как по высоким темпам роста объёмов производства, так и по используемым сырьевым материалам и оборудованию.
Конструктивно порошковая проволока (англ. - "cored wire" - "проволока с сердечником") состоит из протяжённой металлической оболочки, заполненной порошкообразным реагентом и предназначена для внепечной обработки металлургических расплавов.
В Западной Европе и Японии технология обработки жидкой стали так называемой порошковой проволокой появилась в 1980-81 гг. В нашей стране начало работ по производству отечественной ПП для внепечной обработки черных сплавов можно отнести к 1988 г., когда было принято соответствующее решение в Минчермет СССР. В 1989 г. ЦНИИчермет и МГТУ им. Баумана разработали первый опытный комплекс оборудования для производства металлургической ПП. В 1990 г. НПО "Тулачермет" совместно с ПО "Тульский патронный завод" начали работы по созданию первых образцов отечественных трайб-аппаратов и комплексного оборудования для изготовления ПП. В 1990-91 гг. начались работы в этом направлении и на Чепецком механическом заводе в г. Глазове.
Кроме внепечной обработки металлов и сплавов, порошковая проволока малых диаметров получила распространение в сварочном производстве начиная с 50-х гг. XX в.
Порошковыми проволоками доводятся до требуемого химсостава такие марки сталей, как: СтЗ, 10, 20, 45, ЗОХ, 35Х, 40Х, Р6М5, 09Г2С, 15ХГМНТ, 17Г2АФ, 18Г, 18ХГТ, 22ПО, 23Х2Г2Тидр.
В последнее время возрос научный интерес к теоретическим и практическим обобщениям процессов производства и применения порошковой проволоки. Среди авторитетных российских и зарубежных исследователей, активно занимающихся данным направлением, можно выделить таких, как: Бать Ю.И., Гринберг С.Е., Дюдкин Д.А., Есипов В.Д., Каблуковский А.Ф., Лушников В.М., Мичурин Б.В., Пацекин В.П., Походня Н.К., Рахимов К.З., Родичкин И.А., Ябуров САЛ.,РеПісапіЕ, GueussierA. и др.
Упомянутыми исследователями осуществляется активный анализ процессов ввода и усвоения, прокатки и волочения проволоки, способов уплотнения порошкового сердечника в металлической оболочке, исследование влияния различных факторов на качество изготавливаемой ПП. Вместе с тем, наблюдается слабое обобщение конструкций ПП, показателей качества и стабильности технологии её изготовления, слабая изученность и обобщённость схем структурного построения оборудования изготовления порошковой проволоки (ОПП), а также процессов загрузки порошкового наполнителя, которые в значительной степени определяют качество заполнения оболочки порошком.
Исследованиям функционирования устройств и процессов загрузки сыпучих материалов в различном технологическом оборудовании посвящены работы многих видных исследователей, среди них: Алфёров К.В., Видинеев Ю.Д., Вальтер М.Б., Гатих М.А., Зенков Р.Л., Кольман-Иванов Э.Э., Ложечников Е.Б., Орлов СП., Прозоровский В.В., Рогинский Г.А, Степук Л.Я., Чувпило А.В., Jenike A. W. и др.
Однако, несмотря на всё многообразие исследований, остаются слабо изученными многие вопросы. В частности, уделено мало внимания расчётам именно фактической производительности механизмов загрузки (питателей) сыпучих
материалов, в то время как
fcfa'a
гтучных предметов обработ-
ки такие исследования проведены уже давно, например, д.т.н., проф. В.Ф. Прей-сом и его учениками.
Актуальность данной работы обосновывается тем, что до настоящего времени не уделено достаточного внимания обобщению конструкций ПП, показателей качества ПП и качества технологии изготовления ПП; схемам структурного построения ОПП, эффективности функционирования и расширению технологических возможностей ОПП по выпускаемым номенклатурам, а также процессу загрузки порошкового наполнителя как одной из составляющих техпроцесса изготовления ПП.
Между тем рынок требует появления новых номенклатур ПП, выпуск которых возможен только на оборудовании, обладающем расширенными технологическими возможностями и при условии успешного ведения технологии изготовления ПП. Для успешного проектирования и рациональной эксплуатации ОПП необходимы знания различных физико-технологических характеристик порошковых наполнителей и особенностей их обработки, необходимы глубокие знания технологии формирования исходной заготовки и загрузки её наполнителем -операций, которые являются наиболее ответственными с точки зрения качества готовой проволоки и производительности технологического оборудования.
Объектом исследований настоящей работы является технологический комплекс оборудования изготовления металлургической порошковой проволоки диаметром 10-5-18 мм.
Предметом исследований служат взаимосвязи параметров структурных компонентов комплекса ОПП и закономерности протекающих в них процессов.
Цель настоящей работы заключается в расширении технологических возможностей комплекса оборудования изготовления металлургической порошковой проволоки путём увеличения номенклатуры выпускаемой продукции.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие научно-технические задачи:
разработка критериев оценки качества технологии изготовления порошковой проволоки;
разработка обобщённых схем структурного построения технологического комплекса ОПП и показателей эффективности его функционирования;
- разработка надёжностной модели функционирования технологического
комплекса ОПП;
экспериментальное исследование закономерностей изменения фактической производительности механизма загрузки порошкового наполнителя со шлюзовым барабаном в зависимости от его скоростного режима, геометрических параметров и характеристик подаваемого материала;
установление формы и тесноты корреляционной связи между коэффициентом выдачи и окружной скоростью шлюзового барабана, построение регрессионных моделей, оценивающих коэффициент выдачи, и их анализ;
обобщение конструкций и разработка морфологической схемы классифицирования конструкций ПП;
разработка методики инженерного проектирования, унифицированных ти-поразмерных рядов и типовой конструкции МЗН со шлюзовым барабаном с учётом полученных опытных результатов.
Методы теоретического исследования основываются на применении положений системного подхода, теории графов, теории надёжности, морфологического классифицирования. Методы экспериментального исследования базируются на непосредственном количественном анализе качественных величин и фи-
зическом моделировании исследуемого процесса, осуществляемом на специальном стенде. Обработка экспериментальных данных основана на использовании аппарата линейного и нелинейного корреляционно-регрессионного анализа математической статистики.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается объёмом экспериментальных данных, полученных в стендовых условиях; применением современных средств и методов измерений; внедрением результатов в практику проектирования.
Автор защищает:
критерии оценки качества технологии изготовления ПП;
обобщённые схемы структурного построения технологического комплекса ОПП и интегральный показатель эффективности его функционирования;
- надёжностную модель функционирования технологического комплекса
ОПП;
результаты экспериментального исследования закономерностей изменения фактической производительности МЗН со шлюзовым барабаном;
регрессионные модели коэффициента выдачи механизма загрузки наполнителя со шлюзовым барабаном и результаты их анализа;
морфологическое классифицирование конструкций ПП, синтезированные новые конструкции ПП и технологии их изготовления;
унифицированные типоразмерные ряды, методику инженерного проектирования и типовую конструкцию МЗН со шлюзовым барабаном.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые на основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны показатели эффективности функционирования технологического комплекса ОПП, а также установлены закономерности изменения фактической производительности механизма со шлюзовым барабаном для загрузки сыпучего наполнителя порошковой проволоки в зависимости от его скоростного режима, геометрических параметров и характеристик подаваемого материала.
Практическая значимость работы состоитвтом. что:
предложены критерии оценки качества технологии изготовления ПП;
созданы новые перспективные конструкции ПП и технологии их изготовления;
созданы унифицированные типоразмерные ряды шлюзовых барабанов;
создана методика инженерного проектирования и типовая конструкция МЗН со шлюзовым барабаном с расширенными технологическими возможностями, повышенной эксплуатационной надёжностью и точностью подачи материала;
создан технологический комплекс оборудования изготовления ПП с расширенными технологическими возможностями по выпускаемым номенклатурам продукции в диапазоне, требуемом отечественной металлургией (внедрён с 2002 г. в АО "Юпитер Лтд" г. Кострома).
Внедрение в учебный процесс заключается в разработке методических указаний по исследованию количественных характеристик физико-технологических свойств сыпучих материалов, а также по расчёту производительности и анализу параметров питателей для загрузки сыпучих материалов. Методические указания внедрены в учебный процесс с 2000 и 2003 г. на кафедрах ТулГУ "Пищевые производства" и "Технологическая механика" по соответствующим специальностям. Разработан и изготовлен опытный экспериментальный стенд дозирования сыпучих материалов, используемый в лабораторных практикумах по упомянутым специальностям.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях АПИР-5-2000, АПИР-7-2002, АПИР-8-2003 (г. Тула); на международной научно-технической конференции "Инструментальные системы - прошлое, настоящее, будущее", посвященной 100-летию со дня рождения С С. Петрухина (г. Тула, 2003 г.); на второй международной электронной научно-технической конференции "Технологическая системотехника" (г. Тула, 2003 г.); на второй международной научно-технической конференции "Механика пластического формоизменения. Технология и оборудование обработки материалов давлением" (г. Тула, 2004 г.), а также на заседаниях научно-технического совета научно-производственного предприятия "Вулкан-ТМ" в 2001-2004 гг. и на заседаниях профессорско-преподавательского состава кафедры "Пищевые производства" ТулГУ в 2001-2004 гг.
Работа удостоена малой медали на выставке "Неделя высоких технологий в г. Санкт-Петербурге" (2004 г.) Экспериментальные исследования проводились в рамках гранта Министерства образования РФ "Ползуновские гранты-2004" по теме "Исследование процессов загрузки наполнителя металлургической порошковой проволоки".
Публикации по теме исследования составляют 17 печатных работ, в том числе - 3 в центральной печати. Получен патент РФ на полезную модель №40716, приоритет от 11.05 2004 г.
Структура и объём работы. Диссертационная работа общим объёмом 191 страница, в том числе 40 рисунков и 38 таблиц, включает в себя введение, пять глав, заключение и общие выводы, библиографический список из 106 наименований. Объём приложений - 35 страниц.
